激光网2月28日消息，安特卫普大学的一个跨学科研究小组成功地利用扫描电子显微镜内产生的等离子体进行了原位研究。这标志着首次在用等离子体处理样品的同时进行实时 SEM 成像。
该工作已发表在Advanced Materials Technologies。
等离子体，通常被描述为电离气体或物质的第四态，具有广泛的应用。例如，在半导体行业，它们在用于制造计算机芯片的光刻工艺中发挥着关键作用。它们也对绿色化学应用产生了浓厚的兴趣，例如 CO2 和 CH4转化为增值化学品或可再生燃料，N2用于绿色肥料生产以及生物医学应用，如癌症治疗、伤口愈合或消毒。此外，等离子体也是广泛研究的主题，以获得更基本的见解。
等离子体应用的许多相关过程都是在微观层面上进行的，其观察通常需要超出传统光学显微镜能力的高分辨率图像。因此，本研究使用了扫描电子显微镜。这种显微镜使用聚焦的高能电子束，在目标材料的表面上扫描。通过收集电子束产生的各种信号并逐像素编译，可以生成样品的高放大图像，精确到纳米级。
为了在SEM中进行这些原位等离子体研究，需要解决几个挑战。首先，电子显微镜通常在高真空条件下工作，以尽量减少电子与气体分子的相互作用。为了产生等离子体所需的气体云，将一根末端带有微米级孔的细管引入显微镜室，以允许受控的气流流向样品。有限的气体流量足以进行局部等离子体操作，同时在显微镜的其余部分保持低压进行成像。
其次，产生和维持等离子体需要强大的电场，这会影响显微成像所需的电子。通过优化设置的硬件和参数，该团队最大限度地减少了电子束的偏转，并确保了稳定的等离子体放电，从而在等离子体操作期间实现了实时成像。通过这种方式，可以捕获铜膜处理的实时视图，如上面的视频所示。
这一重大成就之所以成为可能，要归功于能够从事该项目的跨学科研究团队。在Jo Verbeeck教授和Annemie Bogaerts教授的指导下，具有电子学、电子显微镜和等离子体技术背景的人们联手达到了这一重要的里程碑。下一步，该团队现在的目标是通过在成像之外加入额外的探测器来进一步发展仪器的分析能力，以进行实时元素和结构表征，这可能会为材料科学研究和等离子体物理学的基本原理带来新的见解。
